一种定向多孔陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术是关于一种定向多孔陶瓷及其制备方法，涉及多孔陶瓷技术领域。主要采用的技术方案为：定向多孔陶瓷包括陶瓷基体和分布在陶瓷基体中的片状孔；其中，陶瓷基体中的片状孔大致沿同一方向排布，形成定向多孔结构；定向多孔陶瓷的孔隙率为10

【技术实现步骤摘要】
一种定向多孔陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种多孔陶瓷
，特别是涉及一种定向多孔陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]制备一种兼具低密度、高强度、高效隔热的多孔陶瓷是当前保温隔热材料
急需解决的问题之一。由于氧化锆多孔陶瓷既具有耐高温、耐腐蚀、低热导率、高的化学稳定性，又具有高比强度、高抗热震性等特性，因而成为保温隔热材料最有希望的候选者之一。然而，在现实条件下，氧化锆多孔陶瓷同其它多孔陶瓷一样，其性能不仅和孔壁骨架的强度有关，而且和孔隙率、孔结构、孔径分布、孔排布方向也有关；要同时满足低密度、高强度、高效隔热就对其结构提出了更高的要求。
[0003]天然木材具有独特的微观定向多孔结构，主要表现为导管、筛管等多种微观空心管沿树木的生长方向择优排列；在平行于定向孔的方向上，这种特定的结构使得木材在承受自身重力的同时还能抵抗横向施加的外力，如：外物冲撞等；在垂直于定向孔的方向上，这种特定的结构通过阻碍与外界的热交换，起到良好的隔热效果。因此，木材的定向多孔结构为低密度、高强度、高效隔热多孔材料的制备提供了重要的灵感。
[0004]目前，制备多孔陶瓷的方法主要有直接发泡法、3D打印法、部分烧结法、成孔剂法、模板复制法、溶胶
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凝胶法等。其中，直接发泡法的制备工艺简单、成本较低，但是气泡在热力学上是不稳定的，导致最终的孔径不均，甚至从微米尺寸到毫米尺寸。3D打印法能精确控制孔的形状、尺寸以及孔隙率，但是其制备成本高昂，样品尺寸通常较小，无法实现工业化生产。成孔剂法、模板复制法和溶胶
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凝胶法在制备过程中均会用到有机物，高温下分解会产生有机物而污染环境。另外，上述几种制备多孔陶瓷的方法无法在陶瓷基体中实现孔的定向排列，无法同时满足保温隔热材料密度低、强度高、隔热性好的要求。
[0005]除了上述几种方法之外，现有一种技术公开一种氧化锆多孔陶瓷的制备方法，具体地，通过冷冻铸造的方法制备氧化锆多孔陶瓷；该方法通过浆料的粘度来调节多孔陶瓷的孔隙率和孔径大小，但是，冷冻时由于固
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液界面前沿温度梯度越来越小，凝固速度越来越慢，使得制备周期无疑延长；另外，浆料在凝固过程中的粘度不变，冰晶生长速度会随着温度梯度的变小而变慢，导致结构越来越粗化，最终形成的多孔陶瓷的微观结构越来越粗。以上缺点严重限制了该方法制备氧化锆多孔陶瓷的工业化应用。
[0006]现有另一种技术公开一种多孔氧化锆陶瓷的制备方法，具体地，采用淀粉做造孔剂制备多孔氧化锆陶瓷；虽然，该技术能使多孔陶瓷的孔隙率高达80％，但是，孔的尺寸完全受限于淀粉粒径的影响，并且加入的有机添加剂需热解去除，热处理时间较长，伴有大量气体产生，污染环境；另外，虽通过球磨工艺使得淀粉和氧化锆均匀混合，但颗粒状的淀粉很难保证孔道之间相互连通、孔壁尺寸均一。
[0007]另外，上述两种现有技术制备的多孔陶瓷的微观形貌较为混乱，尤其是孔的结构，不能在陶瓷基体中实现孔的定向排列，从而达不到导热系数低、压缩强度高的要求。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供一种定向多孔陶瓷及其制备方法，主要目的在于实现多孔在陶瓷基体中的定向排布，以降低多孔陶瓷的导热系数、提高多孔陶瓷的压缩强度。
[0009]为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
[0010]一方面，本专利技术的实施例提供一种定向多孔陶瓷，其中，所述定向多孔陶瓷包括陶瓷基体和分布在所述陶瓷基体中的片状孔；其中，所述陶瓷基体中的片状孔大致沿着同一方向排布，形成定向多孔结构；所述定向多孔陶瓷的孔隙率为10
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60％。
[0011]优选的，所述微观片状孔的片径为2
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30μm、所述微观片状孔的厚度为0.1
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9μm；优选的，任意相邻的两个片状孔之间的距离为1
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15μm。
[0012]优选的，所述陶瓷基体为氧化物陶瓷基体，优选为氧化锆陶瓷基体。
[0013]另一方面，本专利技术的实施例提供一种上述任一项所述的定向多孔陶瓷的制备方法，其包括如下步骤：
[0014]混合粘接步骤：对陶瓷粉体和片状石墨进行混合处理，得到陶瓷粉体和片状石墨的混合物；向所述陶瓷粉体和片状石墨的混合物中加入粘结剂，使陶瓷粉体和片状石墨粘接在一起，得到面团状混合物；
[0015]叠轧、压制步骤：对所述面团状混合物进行叠轧处理，使面团状混合物中的片状石墨定向排布，得到第一坯体；将所述第一坯体堆叠在一起后进行压制处理，得到片状石墨定向排布的块状坯体；所述块状坯体为第二坯体；
[0016]烧结处理步骤：对所述第二坯体进行第一次烧结处理，以将所述第二坯体中的片状石墨氧化成气态氧化物并排出，得到陶瓷坯体；对所述陶瓷坯体进行第二次烧结处理，得到定向多孔陶瓷。
[0017]优选的，在所述陶瓷粉体和片状石墨的混合物中：所述片状石墨的体积分数为10
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90％。
[0018]优选的，所述片状石墨的直径为200nm
‑
5μm、厚度为20nm
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500nm。
[0019]优选的，所述陶瓷粉体为颗粒状纳米陶瓷粉体，优选的，所述陶瓷粉体的直径为30
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300nm。
[0020]优选的，所述陶瓷粉体为氧化物陶瓷粉体，优选为氧化锆陶瓷粉体。
[0021]优选的，所述片状石墨选用天然鳞片石墨。
[0022]优选的，所述粘接剂选用聚乙烯醇粘接剂、羟丙基甲基纤维素粘接剂、聚乙二醇粘接剂、蔗糖粘接剂、瓜尔胶粘接剂中的一种或多种。
[0023]进一步优选的，在对陶瓷粉体和片状石墨进行混合处理时，还向其中加入了分散剂；优选的，所述分散剂选用聚丙烯酸分散剂、Darvan CN分散剂、聚乙烯亚胺分散剂、十二烷基苯磺酸钠分散剂或十二烷基硫酸钠分散剂中的一种或多种；优选的，所述分散剂的加入量为所述陶瓷粉体和片状石墨总质量的0.5
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1.5％。
[0024]优选的，在所述混合粘接步骤中：
[0025]采用球磨的方式对陶瓷粉体和片状石墨进行混合处理，直至混合均匀；
[0026]向所述陶瓷粉体和片状石墨的混合物中加入粘结剂后，进行连续搅拌和反复揉练处理，得到面团状混合物。
[0027]优选的，所述叠轧、压制步骤，包括：
[0028]叠轧步骤：使所述面团状混合物经过轧辊机的两个轧辊之间进行轧制，形成轧坯，将所述轧坯折叠后，再进行轧制，重复进行多次折叠、轧制的操作，得到所述第一坯体；
[0029]压制步骤：将第一坯体切割成多个块体，然后将多个块体叠加在一起进行压制处理，得到所述第二坯体；优选的，所述压制处理的温度为80
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100℃；压制处理的压力为4
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6MPa；保压时间为0.5
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1h。。
[0030]优选的，所述第一次烧结处理的气氛为大气气氛，所述第一次烧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定向多孔陶瓷，其特征在于，所述定向多孔陶瓷包括陶瓷基体和分布在所述陶瓷基体中的片状孔；其中，所述陶瓷基体中的片状孔大致沿同一方向排布，形成定向多孔结构；所述定向多孔陶瓷的孔隙率为10
‑
60％。2.根据权利要求1所述的定向多孔陶瓷，其特征在于，所述片状孔的片径为2
‑
30μm、所述片状孔的厚度为0.1
‑
9μm；优选的，任意相邻的两个片状孔之间的距离为1
‑
15μm。3.根据权利要求1或2所述的定向多孔陶瓷，其特征在于，所述陶瓷基体为氧化物陶瓷基体，优选为氧化锆陶瓷基体。4.权利要求1
‑
3任一项所述的定向多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：混合粘接步骤：对陶瓷粉体和片状石墨进行混合处理，得到陶瓷粉体和片状石墨的混合物；向所述陶瓷粉体和片状石墨的混合物中加入粘结剂，使陶瓷粉体和片状石墨粘接在一起，得到面团状混合物；叠轧、压制步骤：对所述面团状混合物进行叠轧处理，使面团状混合物中的片状石墨定向排布，得到第一坯体；将所述第一坯体堆叠在一起后进行压制处理，得到片状石墨定向排布的块状坯体；所述块状坯体为第二坯体；烧结处理步骤：对所述第二坯体进行第一次烧结处理，以将所述第二坯体中的片状石墨氧化成气态氧化物并排出，得到陶瓷坯体；对所述陶瓷坯体进行第二次烧结处理，得到定向多孔陶瓷。5.根据权利要求4所述的定向多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，在所述陶瓷粉体和片状石墨的混合物中：所述片状石墨的体积分数为10
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90％；和/或所述片状石墨的直径为200nm
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5μm、厚度为20nm
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500nm；和/或所述陶瓷粉体为颗粒状纳米陶瓷粉体，优选的，所述陶瓷粉体的直径为30
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300nm；和/或所述陶瓷粉体为氧化物陶瓷粉体，优选为氧化锆陶瓷粉体；和/或所述片状石墨选用天然鳞片石墨。6.根据权利要求4所述的定向多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘增乾，张楠，张哲峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：